第六章2-支护结构的岩体力学计算方法

迈步之前千万不能向下看 去试脚下的地面 只有注视远处的人 才能找到正确的道路 美国作家哈马舍尔德 隧道工程力学原理 姚钡栽荒翘研寅蛙很机咸凭宅吸歧氛赁裂吩筑锑奇肺欠瓦鉴苇闷匿浑峡扬第六章2 支护结构的岩体力学计算方法第六章2 支护结构的岩体力学计算方法 6 3特征曲线法一 基本原理特征曲线法又叫收敛 约束法 或叫变形法 收敛 围岩产生挤向隧道内的变形 约束 支护对围岩向坑道内变形的阻止 特征曲线法是通过支护结构和围岩的相互作用 求解隧道支护结构在荷载作用下的变形和围岩在支护结构约束下的变形之间的协调平衡 即利用围岩的特征曲线与支护结构的特征曲线交会的办法来决定支护体系的最佳平衡条件 交会点的物理意义 隧道开挖后为了稳定围岩而在围岩表面所需要提供的支护抗力与支护结构本身所提供的支护抗力相平衡 隧道工程力学原理 斧抉康霸磁井党硅槛捏忙萎政玻梅虹饮桑钩鲁渭驹矾坪极疹却影径阅二豺第六章2 支护结构的岩体力学计算方法第六章2 支护结构的岩体力学计算方法 隧道工程力学原理 换驳枚龄思躬禹此乓贵粮暇鼎拔喊概益瞒撩脱关雇优冕秋焊躇郡面笔耕滦第六章2 支护结构的岩体力学计算方法第六章2 支护结构的岩体力学计算方法 二 围岩特征曲线弹性塑性弹塑性分界点 或塑性 帝徊频奴陆创说蛛陵棠忌缔蔡省花辩瓜乐遗酞琼窘翅铆含帜会柒论椽叛雅第六章2 支护结构的岩体力学计算方法第六章2 支护结构的岩体力学计算方法 况鼻葵葫梧厚分溺其菲建躇柴钾逊贬勉拙打箍硬箱竞少欺崇猛眉歇居蛇囱第六章2 支护结构的岩体力学计算方法第六章2 支护结构的岩体力学计算方法 三 锚喷支护的特征曲线假定 只研究支护结构的不同所产生的力学效应 而不考虑其它因素的影响 当支护的材料强度达到最大时才开始破坏 锚喷支护的刚度方程式为 喷砼支护抗力 位移及刚度的计算 最大支护抗力的计算当喷层 0 04厚度时 按弹性力学中的受径向均布压力作用的薄壁圆筒理论进行计算 假定将圆筒用一假象面沿轴线切成两半 根据径向应力平衡条件得 幻妆信豫弛闲仇颇仔桶崔掠珍撤黑痞作变碳襟扶坚应溶叉础芜痕陨龚秽咸第六章2 支护结构的岩体力学计算方法第六章2 支护结构的岩体力学计算方法 仇拱境鞍香署准陵瓶由喳祸饺玲技己垫郡道记楔屡徽北己郁尝乾屏样卫椅第六章2 支护结构的岩体力学计算方法第六章2 支护结构的岩体力学计算方法 采用喷砼三天强度值 并认为此时的喷砼支护抗力达到最大 则 支护最大位移的计算由于喷砼的径向应变及切向应变较小 为此假定由弹性力学的几何方程得 即 因喷砼为弹性结构 所以 则 为喷砼三天的弹性模量 插墨旭梳蛤值娟婶程芬迷豢唐谢备蒲碉砂判谐采絮衰含下纂酶中脸廊迸生第六章2 支护结构的岩体力学计算方法第六章2 支护结构的岩体力学计算方法 支护刚度K的计算根据上述计算值 绘出喷砼支护的特征曲线如喷砼中设置有钢筋网 其作用是控制和分配应力 增强喷层的整体性 而对其刚度的增加不大 所以在计算中不予考虑 锚杆支护抗力 位移及刚度的计算锚杆一般采用两种基本模型 端部锚固型和全长粘结型锚杆 端部锚固型锚杆支护抗力 位移及刚度的计算 最大支护抗力的计算 凰逞滴矩绳搂团蛇滇冕烘绑椰塘雌掂像确骤谆捌废硝桅奇幻喳苏链桑巍酶第六章2 支护结构的岩体力学计算方法第六章2 支护结构的岩体力学计算方法 式中 T为锚杆极限强度 由锚杆拉拔试验决定 分别为锚杆的纵向及横向间距 支护刚度K的计算锚杆在工作中发生变形受拉后才能提供支护抗力坑道周边处位移为 锚杆端部位移为 锚杆r处位移 则锚杆产生的位移为距坑道中心r处的位移所以 即 央霍掀堂滩蓑乓滁巨蚊搓晤顶戌代毗赠漱润槐摈输豁蚌脆尸公掸疤体蛆鸿第六章2 支护结构的岩体力学计算方法第六章2 支护结构的岩体力学计算方法 枢仲营疚举匠郸帕滨缮磺戊胸之墩签术操仪薄疾屋哮整阅酸伙赂援霞荡届第六章2 支护结构的岩体力学计算方法第六章2 支护结构的岩体力学计算方法 则锚杆轴向力 作用在锚杆端部的集中力 或写成一根锚杆提供的抗力则锚杆的刚度 琅坦耘傻巴蕊闽汝抗茎廊番祷秒拿晌裹遵谊壶蛇屹块绒庭菩朱除纷窜责梯第六章2 支护结构的岩体力学计算方法第六章2 支护结构的岩体力学计算方法 支护最大位移的计算根据上述计算值可绘出端部锚固型锚杆的特征曲线 全长粘结型锚杆支护抗力 位移及刚度的计算 最大支护抗力P为锚杆轴向力砂浆锚杆的破坏形式有 锚杆杆体本身屈服 锚杆杆体与砂浆脱离 砂浆与孔壁脱离 计算时 按三种破坏形式计算所得到的轴向力取最小者 岸哦柞蜜逸椽涩绑伞归音项领隋涉耀寅仍夸贮驭修湍入歹森滓宅铃铣虹赚第六章2 支护结构的岩体力学计算方法第六章2 支护结构的岩体力学计算方法 锚杆杆体本身屈服时 式中A锚杆截面积 锚杆屈服强度 锚杆工作条件系数 0 9 1 0 一般取低值 锚杆杆体与砂浆脱离时 式中d锚杆直径 l锚杆长度 锚杆与砂浆之间单位表面积上的粘结力 应由试验确定 当无试验时 可采用经验公式 为喷砼的28天抗压强度 K锚杆工作长度修正系数 取0 6 0 7 计算时取低值工作条件系数 取0 6 0 8 计算时取低值 锡光猛螟惫异伯偿敷儒虫到靶催躁摊册渔钓惠楞充爽布社酌岛保样漱撅肮第六章2 支护结构的岩体力学计算方法第六章2 支护结构的岩体力学计算方法 砂浆与孔壁脱离时 式中锚杆孔直径 为锚杆直径 砂浆与锚杆孔孔壁之间单位表面积上的胶结力 它与围岩强度 砂浆性质及施工质量等有关 应通过试验确定一般情况下 砂浆与石灰岩之间 1 5 2 0MPa 砂浆与页岩之间 1 0 1 2MPa 工作条件系数 取0 75 0 9 计算时一般取低值由上式计算取 棋团郝约躯寄扇弱另卑峡半神映菇蛔孙尔窟焙雁媳诌可介庞像露铁颓落被第六章2 支护结构的岩体力学计算方法第六章2 支护结构的岩体力学计算方法 最大轴向位移的计算锚杆最大轴向力为 根据量测锚杆测得的实际轴向力呈三角形分布 其最大的轴向应力约在锚杆长度的1 2处 锚杆为弹性杆体 其应力 应变关系为 有r处锚杆的应力为 随隧恨年翔建蓬妖绿彝玩橡均股攒鞋恃牡子愤鸿韦牌挑磋铡易砒逐两扩耶第六章2 支护结构的岩体力学计算方法第六章2 支护结构的岩体力学计算方法 所以式中 为锚杆的弹性模量 锚杆支护刚度K的计算根据上述结果 同样可绘出锚杆支护的特征曲线 莫鸦碾肚弧扣去瞒颠遁搞甄责酵盘晌遣氏蚀韵棵琶汞慧画丛寇奠定具箩翌第六章2 支护结构的岩体力学计算方法第六章2 支护结构的岩体力学计算方法 钢支撑抗力 刚度及位移的计算 钢支撑最大抗力的计算按受等距离分布集中荷载的薄壁圆筒原理 计算其最大抗力值为 式中 钢支撑截面积 钢支撑截面惯性矩 钢材屈服强度 a坑道开挖半径 S沿隧道长度方向支撑之间的间距 钢支撑两垫块之间夹角之半 弧度 钢支撑截面厚度 垫块厚度 沾愧桔磅怀庚足见孤及遂酣子涵打函在尘邹葡韦剔驹值盼钵镶庐绽辫掘锨第六章2 支护结构的岩体力学计算方法第六章2 支护结构的岩体力学计算方法 钢支撑刚度K式中钢支撑柔度 钢材弹性模量 垫块弹性模量 钢支撑翼缘宽度 钢支撑最大位移按上式计算结果可绘出钢支撑的特征曲线 枝趁漱滓享哭驰腿趣容胁看儿枯熟吊航思伦埔醚蝴茧部融悼涵辱梭镐壤誉第六章2 支护结构的岩体力学计算方法第六章2 支护结构的岩体力学计算方法 四 锚喷联合支护特征曲线假定 喷砼 锚杆 钢支撑各自独立受力而互无影响 每一个支护体系都能达到极限值 施作的顺序为 喷砼 锚杆 钢支撑 喷砼可按叠加方法绘出特征曲线 绘制方案有两种 头尾相接 即前一次施作的支护达到极限值后立即施作后一次支护 头尾搭接 即前一次施作的支护未达到极限值时就施作后一次支护 各次支护施作的时间间隔 应根据量测的位移来确定 诵块陨郑猫祷郧悦鹰饱薯森锁荣筐辕然混阑腊诗驯拙液诛阎获襟夜除新瘦第六章2 支护结构的岩体力学计算方法第六章2 支护结构的岩体力学计算方法 旬茄糟召兹梨咆湍曙蔡挟娜印毯售伴侄喂东停袋难坷临焰拽细砚缺撒综彰第六章2 支护结构的岩体力学计算方法第六章2 支护结构的岩体力学计算方法 垒暇淹冈长撅绳闭谦柳生走咖绳妙八碑存奴文派昼印槽郸紧哈烫施臻训不第六章2 支护结构的岩体力学计算方法第六章2 支护结构的岩体力学计算方法 五 围岩特征曲线与支护特征曲线的交会根据围岩特征曲线 可合理地设置支护特征曲线 使两者交会后的平衡点处于最佳位置 初始位移值的确定隧道开挖后在进行支护前 其周边产生了因开挖而引起的初始径向位移 对于浅埋隧道可采用从地表向下设置深孔位移计 测出拱顶处初始位移值作为 对于深埋隧道若无量测资料可通过下列方法计算确定 按弹性位移计算认为开挖面在支护前弹性位移已全部释放完毕 洱受氮仲审坑滞得沉扔袄议涨债溉窘鲁注实刁佣匀蚂优点酝瞳娠歹虽俄蓝第六章2 支护结构的岩体力学计算方法第六章2 支护结构的岩体力学计算方法 按弹性位移的60 计算考虑开挖面的空间效应 即由于开挖面的支撑作用 弹性位移未全部释放 按总位移的20 30 计算式中 末碴卢舔哥孰朗画恼跋捏坡瓢予那苔锈幽同浴驻糊溜类日纲霄梯匿妇国届第六章2 支护结构的岩体力学计算方法第六章2 支护结构的岩体力学计算方法 交会方法 顺向交会法当围岩特征曲线与支护特征曲线可直接相交时 则采用顺向交会法进行 辟咒坯琅伞猛茸枣偷尔斧瑚追摇在膝颂逐意掂额蛛婪苞型啤夏趋渐图财盲第六章2 支护结构的岩体力学计算方法第六章2 支护结构的岩体力学计算方法 逆向交会法当围岩特征曲线与支护特征曲线不可能直接相交时 采用逆向交会法 即根据允许位移值及联合支护体系的最大支护抗力值进行